某循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范園污水處理廠工程設(shè)計(jì)實(shí)例

任杰， 王先鋒， 涂照妹， 唐云， 杜翠紅

（東華工程科技股份有限公司， 合肥 230024）

1 工程概況

某循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范園主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)為新材料產(chǎn)業(yè)、 智能產(chǎn)業(yè)、 高端裝備制造業(yè)、 現(xiàn)代物流業(yè)， 積極發(fā)展機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)、 靜脈產(chǎn)業(yè)、 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和智慧城市產(chǎn)業(yè)。 2021 年園區(qū)引進(jìn)了一家能源股份企業(yè)， 主要生產(chǎn)太陽(yáng)能光伏電池， 分兩期建設(shè)， 兩期建成后總污水量約2.6×104m3／d， 企業(yè)針對(duì)含氟污水采用兩級(jí)除氟工藝處理后出水排入園區(qū)污水處理廠， 其中一級(jí)處理采用氯化鈣除氟， F-質(zhì)量濃度由900 mg／L 降至12 mg／L， 二級(jí)處理采用除氟劑除氟， F-質(zhì)量濃度由12 mg／L 降至4 mg／L（遠(yuǎn)期8 mg／L）以下，導(dǎo)致園區(qū)污水處理廠來(lái)水Cl-以及TDS 含量較高。此外， 園區(qū)還引入了部分電子、 化工及生物醫(yī)藥企業(yè)。 園區(qū)企業(yè)對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理后， 排放至園區(qū)污水處理廠進(jìn)行集中處理。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)水質(zhì)水量的調(diào)研， 主要排污企業(yè)共有5 家， 其中光伏企業(yè)污水2.6 × 104m3／d， 特征污染因子為F-、 Cl-和TDS；化工、 電子企業(yè)污水2 380 m3／d， 特征污染因子為T(mén)P； 醫(yī) 藥 企 業(yè) 污 水400 m3／d， 特 征 污 染 因 子 為COD。 該污水處理廠主要接收光伏企業(yè)的含氟污水， 以及少量重力流的其他企業(yè)生產(chǎn)和生活污水。根據(jù)來(lái)水水質(zhì)分析結(jié)果及以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)， 本項(xiàng)目采用預(yù)處理-芬頓-水解酸化-AO 生化-二沉池-高密度沉淀池-臭氧氧化-曝氣生物濾池-濾布濾池-接觸消毒工藝， 在分質(zhì)預(yù)處理的基礎(chǔ)上去除污水中的F-， 利用生化池去除有機(jī)物及氨氮， 利用臭氧及曝氣生物濾池對(duì)難降解有機(jī)物進(jìn)一步去除。

2 設(shè)計(jì)規(guī)模及進(jìn)出水水質(zhì)

2.1 設(shè)計(jì)規(guī)模

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模為4.0×104m3／d， 其中含氟污水2.6 × 104m3／d， 由壓力流專管輸送至污水處理廠； 其他企業(yè)生產(chǎn)及生活污水合計(jì)1.4×104m3／d，由重力流污水管統(tǒng)一輸送至污水處理廠。

2.2 廢水水質(zhì)

本項(xiàng)目進(jìn)水主要為壓力流的光伏企業(yè)含氟污水以及少量重力流的電子、 化工及生物醫(yī)藥企業(yè)與園區(qū)生活污水的混合污水。 出水要求達(dá)到DB34／2710—2016《巢湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠和工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》中表2 城鎮(zhèn)污水處理廠Ⅰ標(biāo)準(zhǔn)及GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1 所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab.1 Design influent and effluent water quality

表2 實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)Tab.2 Actual influent and effluent water quality

3 污水處理工藝

3.1 工藝選擇

（1） 預(yù)處理。 上游光伏企業(yè)針對(duì)含氟污水采用氯化鈣除氟處理工藝， 導(dǎo)致來(lái)水Cl-和TDS 含量較高［1-2］， 不僅對(duì)生化系統(tǒng)的運(yùn)行影響較大， 對(duì)工藝設(shè)備、 管道腐蝕性也較高。 其他污水主要為園區(qū)的生活污水以及部分重力流工業(yè)污水。 由于這兩類污水水質(zhì)組分及性質(zhì)相差較大， 本工程采用分質(zhì)預(yù)處理。 含氟污水進(jìn)入除氟沉淀池進(jìn)行預(yù)處理， 其他污水經(jīng)過(guò)粗細(xì)格柵后直接與預(yù)處理后的含氟污水一并進(jìn)入勻質(zhì)調(diào)節(jié)池。 由于混合后污水的B／C 值較低，水中含有較多的難生化降解或不可生化降解的物質(zhì)，難以滿足直接生化降解的要求， 因此， 采用芬頓工藝對(duì)混合污水進(jìn)行預(yù)處理以提高其可生化性［3］。

（2） 生化處理。 為確保生化處理對(duì)COD、 TN的去除效果， 本工程采用成熟穩(wěn)定的AO 生化工藝，該工藝不但工藝流程簡(jiǎn)單， 構(gòu)筑物少， 同時(shí)污泥量相對(duì)較低， 能有效節(jié)約運(yùn)行成本［4］。 此外該工藝對(duì)來(lái)水水質(zhì)敏感性不高， 工藝耐沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)。

（3） 深度處理。 由于末端有機(jī)物通常難以生化降解， 本工程采用具有強(qiáng)氧化性的臭氧， 利用·OH將難降解有機(jī)物降解成易生化的中間產(chǎn)物， 通過(guò)附著在曝氣生物濾池填料中微生物的作用可有效將有機(jī)中間產(chǎn)物生化降解［5］。 考慮到曝氣生物濾池出水SS 可能會(huì)超標(biāo)， 通過(guò)濾布濾池對(duì)出水SS 進(jìn)行把關(guān)， 確保出水達(dá)標(biāo)排放。

3.2 工藝流程及說(shuō)明

污水處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 污水處理工藝流程Fig.1 Process flow of sewage treatment

含氟污水首先進(jìn)入除氟沉淀池， 加入除氟劑、混凝劑、 絮凝劑等化學(xué)藥劑， 通過(guò)化學(xué)沉淀法去除污水中F-。 園區(qū)其他污水經(jīng)重力管網(wǎng)收集后先后進(jìn)入粗、 細(xì)格柵井內(nèi)， 去除較大的漂浮物及細(xì)小懸浮物后， 經(jīng)過(guò)沉砂池分離并去除污水中砂粒與浮渣。 兩股污水經(jīng)預(yù)處理后一同進(jìn)入均質(zhì)調(diào)節(jié)池， 在勻質(zhì)調(diào)節(jié)池中進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)后進(jìn)入芬頓絮凝池， 利用芬頓反應(yīng)生成的·OH 降解污水中的有機(jī)物， 改善污水可生化性。 芬頓絮凝池出水自流至水解酸化池， 在水解酸化池內(nèi)通過(guò)微生物的水解酸化作用將污水中難降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)為易于生化降解的中間體， 進(jìn)一步提高污水的可生化性。 水解酸化池出水進(jìn)入AO 生化池的缺氧池， 在缺氧環(huán)境下將進(jìn)水以及從好氧池回流的混合液中的硝態(tài)氮還原成氮?dú)猓?缺氧池出水進(jìn)入好氧池， 好氧池內(nèi)設(shè)鼓風(fēng)曝氣， 在好氧的環(huán)境下去除污水中殘留的有機(jī)污染物， 并將進(jìn)水中的NH3-N 轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮。 AO 生化池出水進(jìn)入二沉池進(jìn)行固液分離， 部分污泥通過(guò)泵提升回流至前端缺氧池， 剩余污泥去污泥脫水間的儲(chǔ)泥池。

二沉池出水經(jīng)泵提升后進(jìn)入高密度沉淀池， 通過(guò)投加PAC、 PAM， 確保出水TP 達(dá)標(biāo)， 同時(shí)去除水中的膠體類物質(zhì)和懸浮物。 高密度沉淀池出水進(jìn)入臭氧氧化單元（含臭氧接觸池、 臭氧緩沖池）， 在臭氧-雙氧水系統(tǒng)中， 雙氧水分解形成的HO2·是一種·OH 的引發(fā)劑［6］， 能夠有效提高·OH 的反應(yīng)生成速率［7］， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中殘留的有機(jī)物進(jìn)行強(qiáng)氧化， 改善污水可生化性。 為避免水中殘余臭氧破壞后段曝氣生物濾池中微生物的生長(zhǎng)， 在臭氧接觸池后設(shè)置臭氧緩沖池。

臭氧緩沖池出水進(jìn)入曝氣生物濾池， 曝氣生物濾池內(nèi)裝填高比表面積的顆粒填料， 作為微生物膜生長(zhǎng)的載體。 污水自下向上流過(guò)濾料層， 在濾料層下部鼓風(fēng)曝氣， 污水中的有機(jī)污染物與填料表面生物膜通過(guò)生化反應(yīng)得到降解， 填料同時(shí)起到物理過(guò)濾作用。

曝氣生物濾池出水進(jìn)入濾布濾池， 進(jìn)一步保障出水SS 達(dá)標(biāo)。 濾布濾池出水進(jìn)入消毒池進(jìn)行消毒處理， 達(dá)標(biāo)后排放。

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)、 運(yùn)行參數(shù)

（1） 除氟沉淀池。 1 座， 分2 個(gè)系列， 總尺寸為24.60 m×20.70 m×6.40 m。 pH 調(diào)節(jié)池有效容積為162.5 m3， 除氟反應(yīng)池有效容積為343 m3， pH回調(diào)池有效容積為108 m3， 混合池有效容積為27 m3， 絮凝池有效容積為361 m3， 沉淀池有效容積為1 527 m3。 pH 調(diào)節(jié)池停留時(shí)間為9 min， 除氟反應(yīng)池停留時(shí)間為19 min， pH 回調(diào)池停留時(shí)間為6 min， 混合池停留時(shí)間為1.5 min， 絮凝池停留時(shí)間為20 min， 沉淀池表面水力負(fù)荷為8 m3／（m2·h）。配置中心傳動(dòng)刮泥機(jī)2 臺(tái)， 刮泥機(jī)直徑為9.6 m，功率為0.75 kW； 污泥螺桿泵6 臺(tái)（4 用2 備）， 流量為25 m3／h， 揚(yáng)程為20 m， 功率為7.5 kW； 移動(dòng)式潛污泵2 臺(tái)， 流量為50 m3／h， 揚(yáng)程為20 m， 功率為8.5 kW。 控制除氟反應(yīng)pH 值為6.66， 除氟劑投加量為750 mg／L， PAC 投加量為10 mg／L， PAM投加量為3 mg／L。

（2） 勻質(zhì)調(diào)節(jié)池及事故池。 勻質(zhì)池2 格， 單格尺寸為36.30 m×25.30 m×8.30 m， 總有效容積為13 500 m3， 停留時(shí)間為8 h。 配置雙曲面攪拌機(jī)8臺(tái)， 功率為7.5 kW。 調(diào)節(jié)池2 格， 單格尺寸為54.60 m× 25.30 m × 8.30 m， 總有效容積為20 250 m3， 停留時(shí)間為12 h。 配置雙曲面攪拌機(jī)12 臺(tái)，功率為7.5 kW， 提升泵4 臺(tái)， 流量為170 m3／h，揚(yáng)程為12 m， 功率為11 kW。 事故池2 格， 單格尺寸為36.30 m ×25.30 m × 8.30 m， 總有效容積為13 500 m3， 停留時(shí)間為8 h。 配置雙曲面攪拌機(jī)8臺(tái)， 功率為7.5 kW； 提升泵4 臺(tái)， 流量為95 m3／h， 揚(yáng)程為15 m， 功率為7.5 kW。

（3） 芬頓絮凝池。 1 座， 分2 個(gè)系列， 總尺寸為47.60 m×36.30 m×6.65 m。 調(diào)酸池有效容積為333 m3， 混合池有效容積為167 m3， 氧化池有效容積為3 333 m3， 調(diào)堿池有效容積為333 m3， 混合池有效容積為55.5 m3， 絮凝池有效容積為333 m3，沉淀池有效容積為4 030 m3。 調(diào)酸池停留時(shí)間為12 min， 混合池停留時(shí)間為6 min， 氧化池停留時(shí)間為2 h， 調(diào)堿池停留時(shí)間為12 min， 混合池停留時(shí)間為2 min， 絮凝池停留時(shí)間為12 min， 單系列沉淀池池體尺寸為21.0 m×16.5 m×6.65 m， 表面水力負(fù)荷為3.8 m3／（m2·h）， 配置虹吸式吸泥機(jī)2 臺(tái)， 軌距為16.5 m， 池邊水深5.85 m， 功率為3.75×2 kW；排泥泵4 臺(tái)（2 用2 備）， 流量為12 m3／h， 揚(yáng)程為18 m， 功率為2.2 kW。 27.5% H2O2投加量為45 mg／L， 25%FeSO4溶液投加量為45 mg／L， PAC 投加量為150 mg／L， PAM 投加量為4 mg／L。

（4） 水解酸化池。 1 座， 分2 個(gè)系列， 單系列尺寸為47.55 m×20.30 m×7.80 m， 總有效容積為20 000 m3。 每個(gè)系列內(nèi)分15 格， 內(nèi)部裝填組合填料， 總停留時(shí)間為12 h。 組合填料規(guī)格φ200 mm × 80 mm（直徑×片距）， 有效長(zhǎng)度為3 m， 安裝間距為200 mm。

（5） AO 生化池。 1 座， 分2 個(gè)系列， 單系列缺氧池尺寸為31.00 m×26.60×7.80 m， 總有效容積為11 230 m3， 停留時(shí)間為6.74 h； 單系列好氧池尺寸為62.20 m×56.70 m×7.80 m， 總有效容積為24 800 m3， 停留時(shí)間為14.88 h。 污泥濃度為3.5 g／L， 污泥負(fù)荷為0.05 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）， 污泥回流比為100%， 混合液回流比為185%。 配置缺氧池雙曲面攪拌機(jī)8 臺(tái)， 功率為7.5 kW； 混合液回流泵6 臺(tái)（4 用2 備）， 流量為1 300 m3／h， 揚(yáng)程為1 m， 功率為13 kW； 微孔曝氣器4 160 根， 規(guī)格為φ65 mm×1 000 mm， 曝氣量為5 ～7 m3／（h·m）。30% 乙酸鈉投加量為15 mg／L， 32% 氫氧化鈉（補(bǔ)充堿度）投加量為120 mg／L， 好氧池曝氣量為218 m3／min。

（6） 二沉池。 1 座， 周進(jìn)周出矩形結(jié)構(gòu)， 分4個(gè)系列， 總尺寸為49.70 m×36.50 m×6.00 m， 單系列池寬8.50 m， 池長(zhǎng)44.00 m， 有效水深5.05 m，表面水力負(fù)荷為1.1 m3／（m2·h）。 配置非金屬鏈條式刮泥機(jī)成套設(shè)備4 套， 功率為0.55 kW。

（7） 高密度沉淀池。 1 座， 分2 個(gè)系列， 總尺寸為29.00 m×18.95 m×8.20 m。 快混池停留時(shí)間為2 min， 慢混池停留時(shí)間為17 min， 沉淀池表面水力負(fù)荷為6.89 m3／（m2·h）， 池邊水深為6.24 m。配置中心傳動(dòng)刮泥機(jī)2 臺(tái)， 刮泥機(jī)直徑為11 m， 功率為0.75 kW； 剩余污泥泵2 臺(tái)（2 用）， 流量為25 m3／h， 揚(yáng)程為20 m， 功率為7.5 kW； 污泥回流泵4臺(tái)（2 用2 備）， 流量為25 m3／h， 揚(yáng)程為20 m， 功率為7.5 kW。 PAC 投加量為30 mg／L， PAM 投加量為3 mg／L。

（8） 臭氧氧化單元。 1 座， 尺寸為25.50 m ×23.00 m × 7.05 m。 臭氧接觸池停留時(shí)間為0.5 h，緩沖池停留時(shí)間為1.5 h。 臭氧投加量為40 mg／L，H2O2投加量為10 mg／L。

（9） 曝氣生物濾池。 1 座， 分6 格， 單格尺寸為9.00 m × 6.00 m × 7.00 m， 有效水深為6.50 m，填料高度為3.5 m， 空床停留時(shí)間為40 min。 配置曝氣風(fēng)機(jī)8 臺(tái)（6 用2 冷備）， 風(fēng)量為18.52 m3／min，風(fēng)壓為58.8 kPa， 功率為25 kW； 反洗風(fēng)機(jī)8 臺(tái)（6 用2 冷備）， 風(fēng)量為22.8 m3／min， 風(fēng)壓為78.4 kPa， 功率為37 kW； 反洗水泵3 臺(tái)（2 用1 備），流量為490 m3／h， 揚(yáng)程為13.5 m， 功率為37 kW；污水提升泵2 臺(tái)（1 用1 備）， 流量為70 m3／h， 揚(yáng)程為14.5 m， 功率為6 kW； 放空泵1 臺(tái)， 流量為100 m3／h， 揚(yáng)程為5.5 m， 功率為5.5 kW。

（10） 濾布濾池。 1 座， 2 個(gè)系列， 總尺寸為10.45 m×6.35 m×8.50 m（帶遮陽(yáng)棚）。 濾盤(pán)直徑為3 m， 每套10 個(gè)盤(pán)， 單盤(pán)過(guò)濾面積為12.8 m2， 濾速為6.5 m／s， 配置中心傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)， 功率為0.75 kW； 沖洗水泵4 臺(tái)， 流量為70 m3／h， 揚(yáng)程為13 m， 功率為5.5 kW。

（11） 加藥罐區(qū)。 2 座， 綜合加藥罐區(qū)平面尺寸為39.00 m×13.00 m， 雙氧水加藥罐區(qū)平面尺寸為13.00 m×6.00 m。 設(shè)氫氧化鈉、 硫酸亞鐵、 乙酸鈉、 除氟劑、 雙氧水投加裝置各1 套。

（12） 污泥脫水間／加藥間。 1 座， 平面尺寸為39.30 m×34.30 m。 設(shè)疊螺式污泥濃縮機(jī)3 套， 單套處理能力為600 ～1 000 kg［DS］／h； 高壓板框壓濾機(jī)3 套， 單套過(guò)濾面積為300 m2， 脫水后泥餅含水率不高于60%， 泥餅外運(yùn)處置， 配套污泥泵、污泥切割機(jī)、 沖洗水泵、 加藥裝置等。

（13） 生物除臭裝置。 2 套， 其中1 套處理能力為40 000 m3／h， 收集范圍包括粗格柵及提升泵站、 細(xì)格柵及沉砂池、 除氟沉淀池、 事故池、 勻質(zhì)調(diào)節(jié)池、 芬頓絮凝池； 另1 套處理能力為50 000 m3／h， 收集范圍包括水解酸化池、 AO 生化池、 污泥脫水間（含污泥脫水間調(diào)理池、 污泥池及板框設(shè)備臭氣）。

5 工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1） 本工程污水主要為光伏企業(yè)的含氟污水，針對(duì)來(lái)水F-濃度較高的特點(diǎn)， 預(yù)處理階段設(shè)置除氟沉淀池， 在酸性條件下， 除氟劑對(duì)F-表現(xiàn)出明顯的吸附和絡(luò)合作用， 使出水F-濃度達(dá)標(biāo)的同時(shí)，降低其對(duì)AO 生化池內(nèi)微生物的毒性， 確保生化處理效果。

（2） 由于光伏企業(yè)污水中有機(jī)物含量相對(duì)較低， 污水在AO 生化池中可能會(huì)出現(xiàn)碳源不足的情況， 因此在前期設(shè)計(jì)階段， 本工程污水處理廠考慮接入園區(qū)的生活污水， 既解決了小流量生活污水的處理問(wèn)題， 又解決了AO 生化池碳源不足的問(wèn)題，降低了污水處理廠的運(yùn)行成本。

（3） 本工程要求出水COD 質(zhì)量濃度不高于40 mg／L， 為確保達(dá)標(biāo)， 深度處理采用臭氧催化氧化+曝氣生物濾池組合工藝， 臭氧可與水中OH-發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 生成HO2·， 同時(shí)雙氧水也會(huì)生成HO2·， 大量的HO2·使得·OH 生成速率大大提高，利用·OH 的強(qiáng)氧化性在降解有機(jī)物的同時(shí)也能有效提高難降解有機(jī)物可生化性， 配合曝氣生物濾池中生物膜的作用可進(jìn)一步去除COD。

6 工程運(yùn)行效果

根據(jù)小試試驗(yàn)結(jié)果可知， 在進(jìn)水氟化物質(zhì)量濃度為3.53 mg／L， pH 值為6.66 條件下， 出水氟化物含量隨除氟劑投加量的增加而降低， 在確保出水氟化物質(zhì)量濃度小于1 mg／L 的排放要求下， 除氟劑經(jīng)濟(jì)投加量為750 mg／L。

目前， 本項(xiàng)目進(jìn)水量約為20 000 m3／d， 進(jìn)水全部來(lái)自某光伏企業(yè)的含氟廢水， 該企業(yè)尚未達(dá)到最大產(chǎn)能， 因此排水量未達(dá)到26 000 m3／d 的設(shè)計(jì)值。 考慮到本工程污水處理廠尚處于起步運(yùn)營(yíng)階段， 經(jīng)與某光伏企業(yè)協(xié)商， 企業(yè)內(nèi)部污水處理廠加大了除氟劑投加量， 使得出水氟化物含量相對(duì)較低， 待污水處理廠穩(wěn)定運(yùn)行后含氟污水的氟化物含量會(huì)逐步達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。 根據(jù)現(xiàn)有進(jìn)水情況， 近30 d 的實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2 所示， 該污水處理廠能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

7 工程投資及運(yùn)行成本

本工程總投資為51 518.9 萬(wàn)元， 其中廠外管線投資10 467.8 萬(wàn)元。 單位經(jīng)營(yíng)成本為12.14 元／m3，單位總成本為14.66 元／m3， 其中人工費(fèi)為0.38 元／m3， 藥劑費(fèi)為9.63 元／m3， 水電費(fèi)為0.41 元／m3。

8 結(jié)語(yǔ)

（1） 目前該污水處理廠進(jìn)水均來(lái)自某光伏企業(yè)的含氟廢水， 實(shí)際進(jìn)水有機(jī)物及氟化物含量相對(duì)較低， 廢水經(jīng)除氟系統(tǒng)、 生化系統(tǒng)及臭氧加曝氣生物濾池的深度處理后能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

（2） 本工程實(shí)踐表明， 采用除氟沉淀池工藝對(duì)光伏企業(yè)的含氟污水進(jìn)行除氟預(yù)處理是可行的， 出水F-濃度能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放， 同時(shí)也降低了F-對(duì)后續(xù)生化系統(tǒng)的影響。

（3） 采用臭氧催化氧化+曝氣生物濾池組合工藝對(duì)污水處理廠尾水進(jìn)行深度處理是可行的， 在臭氧和雙氧水的協(xié)同作用下能夠有效降解有機(jī)物并提高污水可生化性， 在曝氣生物濾池中微生物的作用下出水COD 能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。